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如果按照印刷工艺来分，商业轮转印刷机（commercial rotary printing machine）属于胶印（胶印的概念在介绍该机工艺时一并介绍）机。胶印机是使用最为广泛的印刷机，具有速度快、印刷质量好、制版成本较低的特点。因此，胶印机常被用来印刷内容变化频繁、周期短且对出版时限要求较高的印刷品，如报纸、杂志等。这里介绍的商业轮转印刷机是相对于非轮转的单张纸印刷机而言的。因为采用了胶印工艺，商业轮转印刷机又被称为商业轮转胶印机。输入到商业轮转印刷机的承印材料以卷筒形式存在，经过放卷装置被连续地输送到印刷单元，完成印刷后通常还会经过烘干、折页、裁切、装订等印后工序制成印刷品。
图3-34所示为一台商业轮转印刷机的外观。
商业轮转印刷机的印刷精细度通常优于报纸印刷机，一般用于印刷彩色杂志、彩色插页、高档商业广告、宣传品、画报等。由于高档杂志和报纸的印量越来越多，而单张纸胶印机的印刷速度已不能满足市场需求，这样就催生且促进了印刷速度更快、印刷质量更高的商业轮转印刷机的发展。
目前，商业轮转印刷机的印刷能力可达约40000份/h，且一般都带有多开纸（如8开、16开、24开、32开等）的折页功能。
如今市场对印刷品的需求是批量小、品种变化多。为满足这样的市场需求，且能够高效率地生产，就要求印刷机在变更印品时可快速更换印版、方便且快速地调整机器的折页部分以减少准备时间，而且还要保持较低的废品率。为实现上述目的，许多商业轮转印刷机采用了无轴传动（或称电子轴传动）技术。该技术取消了传统的机械传动长轴，每一个印刷色组由一个独立的伺服电动机驱动。有些机型甚至在每个印刷机组内都取消了传动齿轮和传动轴，即印版辊筒、橡皮滚筒、压印辊筒、传墨辊筒等部件均由单独的伺服电动机驱动。电子轴传动技术取消了机械齿轮等部件，可降低机器的噪声；因各个印刷机组独立驱动，当某个机组印刷时，另一个机组可以停机装版，这样就减少了更换印品的辅助时间；因为采用了软件和伺服驱动技术实现多轴同步的方式，可使机器的灵活性更强，自动化控制程度更高。
图3-34 商业轮转印刷机（小森公司产品，照片由该公司提供）
为保证印品的套印精度，商业轮转印刷机不仅对各印刷单元伺服电动机间的同步性要求较高，而且一般会配备自动套准系统来提高套印精度。
随着印刷品市场需求向个性化、高精度、品种多和小批量方向发展，无轴传动印刷机的市场份额会越来越大，并逐步取代采用机械轴传动方式的传统印刷机。
（1）印刷原理和工艺过程 轮转胶印机印刷单元的结构和印刷工艺原理如图3-35所示。因为轮转胶印机在纸张的上下两面进行双面印刷，所以印刷单元由上下两组印版辊筒、橡皮辊筒、供墨辊、供水辊等组成。
图3-35 轮转胶印机印刷单元的结构和印刷工艺原理
待印刷的图文信息经印前工艺处理后制成印版，并安装在印版辊筒上。印版的空白部分亲水斥墨，而图像部分亲墨斥水。印刷时，印版上的油墨先转移到橡皮辊筒的橡皮布上，当纸张从上下两个橡皮辊筒之间经过时，受到两个橡皮辊筒的压力，橡皮布上的图文信息被印刷到纸张的正反两面上。
在实际应用中，为使油墨调整均匀以达到更好的印刷效果，印刷单元通常配有一系列匀墨辊和匀水辊，如图3-36所示。
轮转胶印机通常以水平机组的形式排列，包括放卷部分、多个印刷单元、烘干部分、冷却部分、折页部分和其他后处理装置，如图3-37所示。纸张从纸卷中放出，经过多个印刷单元完成多色印刷，然后进行烘干，再对印品进行冷却和上光，最后经折页、裁切和装订等印后设备加工后生产出杂志等印刷产品。
图3-36 印刷单元内的多个匀墨辊和匀水辊
放卷部分为印刷单元供应纸张，且具有保持纸带张力稳定、计算纸卷剩余长度、完成换纸卷和接纸的功能。
印刷部分由多个印刷单元组成，每个印刷单元负责印刷一种颜色。每个印刷单元包括印版辊筒、橡皮辊筒、上印版装置、供墨装置、供水装置、套色装置等部件。上下两个橡皮辊筒之间保持一定的压力，当纸张从其间通过时即可完成双面印刷。为了使彩色印品的套色精准，印刷单元内还配备有套色系统，其工作原理是根据当前的套色误差量，利用伺服电动机（电子轴传动印刷机）或机械斜齿轮等（机械轴传动印刷机）装置相应地调整印版辊筒的相位角，如图3-38所示，使套色误差量达到可接受的程度。套色系统可以是全自动的，即利用光电传感器扫描纸张上的套印标记，由控制器自动计算误差值，并根据误差值控制伺服电动机调整印版辊筒相位角；也可以由人工在操作台观察套色误差，并手动遥控伺服电动机调整印版辊筒相位角实现套准。上面所说的是纵向套准，多数机器的套色系统还可以手动或自动进行横向套准。
图3-37 商业轮转胶印机构成示意图
图3-38 调整印版辊筒相位角进行套色
为高效地满足小批量、多印品的市场需求，现代的印刷单元中还要配备自动装版系统，以减少印品切换所需的准备时间。
烘干单元对印刷后的纸张吹热风，进行快速烘干，为后续的折页工作做好准备。
冷却、上光部分使印刷后的纸张经过数级冷却辊以实现降温，再经过上光油工艺使纸张软化且消除静电。经过这些工艺处理的纸张会更有利于后续的折页和其他印后工序。
折页部分利用机械装置（如三角板、折刀等）对完成印刷、烘干、冷却和上光等工艺后的连续纸带进行折叠，然后再经过机器的分纸机构输出书帖。
（2）印刷机的张力控制 从上述印刷过程可知，为保证各工艺段的工作能够流畅地相互衔接，纸张在移动过程中必须保持稳定的张力，如图3-39所示。
图3-39 商业轮转胶印机中移动纸带应具有稳定的张力
在轮转胶印机印刷过程中，纸带在印刷机内各部分间移动时必须保持恒定的张力。张力太小，会造成纸带向前滑动，使套印精度下降，对油墨转移造成负面影响，还会使纸带横向起皱且无法进行正常的折页等作业；张力太大，可造成纸带纵向起皱，也会影响套印精度和油墨转移，甚至会造成纸带断裂。因此，纸带在放卷、印刷、印后工序中都必须保持恒定的张力。放卷时，恰当的张力能确保纸带平稳地输送到印刷单元；印刷过程中，恰当的张力可确保良好的套印精度，获得高质量的图文印刷效果；印后阶段，恰当的张力能保证纸带平稳进入三角板及后续折页等机构，实现完美的印后加工。
控制纸带张力需要制动装置和张力检测装置（如浮动辊），如图3-40所示。
图3-40 商业轮转胶印机中的放卷和张力控制示意图
放卷部分的张力控制由纸卷制动装置根据检测装置（如浮动辊）给出的信号实现。制动装置需根据纸带张力的波动情况进行自动调整，使纸带能以一定的张力值匀速、平稳地进入印刷装置，还需具有在机器开始运行和制动时防止纸带张力过载和松弛的能力。在印刷过程中，随着纸卷直径不断减小，为保持纸带张力不变，要对制动力矩进行相应调整。纸卷制动可采用圆周制动或轴制动方式。
圆周制动方式是在卷筒纸外表面施加一个作用力，依靠摩擦产生制动力矩。该制动机构可由电动机单独驱动进行制动，利用纸卷表面和制动装置之间的速度差产生一个相应的制动力矩。
轴制动方式是在卷筒纸转轴上施加制动力矩实现纸卷制动。目前，大多数轮转胶印机都采用磁粉制动器或电动机转速调节张力的控制系统。磁粉制动器利用张力测量辊的实测值和标准设定值之间的差值进行张力控制。如实测值低，说明纸带张力小，磁粉制动器中激磁电流增加，产生较大磁力，使定子和转子间产生较大的制动力矩。电动机转速调节则是将纸带张力的实测值与设定值之间的差值信号放大后，直接用于调节电动机的转速，实现纸带的张力控制。
常用的张力检测装置是浮动辊或压力传感器。这两种检测装置的基本原理已在本书的3.2.1节中做了介绍，这里不再赘述。印刷开始前，对纸带张力进行预设，并对纸卷进行相应的张力控制；印刷开始后由于纸卷（如卷径）及其他机器部件的动态变化等因素，纸带的实际张力会与理想的张力值之间存在一定的偏差，使浮动辊产生一个相应的位置变化，该位置变化值被转换成电信号，控制器根据这个反映张力误差的信号，经过分析处理后向执行部件（电动机或磁粉制动器）发出控制信号，使执行部件对纸卷产生相应的制动力，以实现纸带张力稳定的目的。
（3）印刷机的自动套色系统 纸带经放卷机构放出后依次经过多个印刷单元进行各色的印刷，然后进行烘干、冷却和上光，最后进入折页等印后处理装置。每色印刷单元都会在纸带的边缘印上套色控制所需的色标，每个相邻颜色的色标在套印精确时应相互平行并保持设定的距离（如20mm）。光电扫描头的作用是检测相邻两个印刷单元印出色标的间距，如果相邻两色标间的距离不等于设定值（如20mm），说明套色出现误差。色标误差值被送入套色控制器，控制器以一定的算法进行分析处理，然后输出一个误差调整信号到电动机驱动器，该驱动器将使伺服电动机带动印版辊筒进行其相位的前后移动，这样就可消除（或减少）套印误差，如图3-41所示。
图3-41 商业轮转胶印机自动套色系统原理示意图
因为商业轮转胶印机一般具有四个印刷单元且每个印刷单元进行双面印刷，光电检测装置从第二个印刷色组起进行配备，所以含有四个印刷色组的商业轮转胶印机应配备六套光电检测装置。
从上述套色系统的介绍中可知，套色控制系统是印刷机整机控制系统之外的一个专门用于套色的独立控制系统，一般由专业的套色系统供货商提供。目前，许多自动化产品供货商将套色算法和其他套色控制功能集成在其控制器中，这样就使得印刷机的控制系统中集成了套色控制功能，简化了印刷机控制系统的结构。
根据前面商业轮转胶印机的工艺和张力控制介绍，如何利用自动化与驱动产品实现印刷机放卷、印刷、烘干、冷却和上光、折页等部分的同步协调运行，如何实现纸带在机内各部分的张力稳定，如何保证套色精准是自动化与驱动解决方案的主要任务。下面给出一个商业轮转胶印机的自动化与驱动系统参考方案，如图3-42所示。
图3-42 商业轮转胶印机自动化与驱动系统参考方案
放卷部分的任务是将纸带以指定的张力和速度送入印刷单元。因纸卷的直径随着印刷的进行而逐渐减小，所以控制系统要检测纸卷的直径变化，并根据纸张的质量等参数计算出驱动电动机对应的转速和转矩。本方案为放卷装置配备一台伺服电动机，可根据需要调整其转速和转矩。有些机型利用变频器转矩输出可控的功能，由其驱动异步电动机进行放卷的张力控制。在此配备输入输出模块用于接收来自传感器的信息，如纸卷的当前直径等。许多印刷机的放卷装置是由第三方提供的独立放卷机，并通常配备放卷机自己的控制器和驱动装置。为减少更换纸卷时的停机时间，提高机器的工作效率，有些放卷机型配备两个纸卷架，当使用某个纸卷架时，另一个可离线进行上纸卷等准备工作。
纸带进入印刷单元之前先经过一个进料牵引单元，其作用是在纸带进入印刷单元前将放卷时纸带可能产生的张力波动消除，使纸带在放卷部分和第一印刷单元之间的张力得以优化。进料牵引单元的性能会极大地影响印刷机的性能。本方案在此配备一台伺服电动机，使得进料牵引单元的转速和转矩与相邻的机器部分完全匹配。此处的输入输出模块用于传递来自传感器的信息，如压力传感器的检测数值等，辅助主控制器和伺服驱动系统完成进料牵引单元的任务。
每个印刷单元配备一台可独立运转的伺服电动机，并取消了传统的机械长轴。在机器的控制程序中配备有自动套色功能软件模块，利用光电检测装置和伺服系统的电子轴同步功能实现四色印刷的同步和套色控制功能。在本方案中，每个色组配备一台伺服电动机，这就是说，印版辊筒、橡胶辊筒和水、墨辊筒之间的同步仍然是通过机械方式实现的。在有些印刷机中，印版辊筒、橡胶辊筒和水、墨辊筒之间的同步也是靠电子轴来实现的，这种机型需要在同一个印刷单元中配备更多的伺服电动机。此处的输入输出模块用于传递来自传感器的信息，如来自色标光电传感器的信息等。有些机器会采用第三方提供的独立套色系统。
完成印刷后，纸带再经过一个收料牵引单元，其作用与进料牵引单元类似，用于消除印刷过程中可能产生的纸带张力波动，使纸带在进入烘干部分时的张力得以优化。此处同样配备一台伺服电动机驱动收料牵引单元，使纸带在此处和机器其他部分处的张力和速度匹配。输入输出模块用于传递来自传感器的信息，如压力传感器的检测数值等，辅助主控制器和伺服驱动系统完成收料牵引单元的任务。
烘干过程没有严格的位置同步要求，但要控制温度、风机转速等参数，因此需要输入输出模块用于传递温度传感器的数值等信息。通常还需要在机器中配备一些变频器和异步电动机，以实现对其他部件的调整，如调节风机转速等，这些在图中没有详细画出。
为冷却和上光部分配备一台伺服电动机，实现纸带在此处与印刷机其他处的张力和速度匹配。
折页、裁切和装订等部分可以被视为独立的印后加工设备，可配备自身所需的控制器和驱动等产品。这里标出的伺服电动机是为了实现该部分与机器其余部分的同步和协调工作而配备的。
本方案采用典型的模块化自动控制方法。这里的主控制器具有逻辑和运动控制功能，可提供多伺服轴同步功能和印刷机所需的各种工艺功能，且适用于分布式自动化系统结构，支持模块化机器设计。所有机器的相关部件，如放卷、印刷单元、供墨、供水、干燥、冷却与上光和折页等部分都可分别地进行设计、开发、编程和调试。
本方案所选的驱动器和电动机具有较高的过载能力，以适应印刷机各部分（如纸卷的质量可达数吨）通常所需要的较宽的驱动性能范围。多轴同步所需的传感器、电动机状态等信息通过光纤以数字化的形式传输，不仅速度快，而且降低了机器内传输线的复杂性。
主控制器通过以太网与印刷机的操作台连接，能对印刷机进行集成化的管理，可完成印刷机的各种操作任务，如张力控制、水墨平衡、远程诊断和在线帮助等功能。